不同緩控釋肥減氮處理對雙季稻田氮素吸收的影響

不同緩控釋肥減氮處理對雙季稻田氮素吸收的影響

氮肥的使用是提高水稻產(chǎn)量的重要手段。然而，隨著氮素生產(chǎn)的逐步提高，農(nóng)業(yè)氮素生產(chǎn)的效率降低，對環(huán)境產(chǎn)生了負面影響。據(jù)資料,我國糧食產(chǎn)量隨著化肥氮用量增加大幅增長,但單位化肥的糧食增產(chǎn)量卻明顯遞減。同時,氮肥施用帶來的不良環(huán)境影響已經(jīng)凸現(xiàn),一些地方地下水硝酸鹽已超過飲用水NO3--N50mg/L的國際標準;我國主要湖泊水體如太湖、滇池等因氮磷面源污染導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴重和富營養(yǎng)化。因此,已有研究表明,控制農(nóng)田氮面源污染主要在于減少農(nóng)田氮肥用量,以削減其向環(huán)境損失。然而,就全國整體而言,施肥對糧食產(chǎn)量仍處于增產(chǎn)階段,基于當(dāng)前肥料及施用技術(shù),長期農(nóng)田減氮將引起糧食產(chǎn)量下降。在我國人口-耕地資源矛盾突出的現(xiàn)狀下,保障國家糧食安全是國家的基本國策。因此需要探索與作物生長需求同步的新型緩控釋肥料技術(shù),通過減少因一次性過量施肥引起稻田土壤-表面水氮釋放過高而向環(huán)境損失,來達到N減量施用和保護環(huán)境的目的。為探索沿洞庭湖區(qū)雙季稻田減氮技術(shù),本試驗選擇速效氮肥(普通尿素和復(fù)混肥)為對照,開展了硫包衣尿素(37%N)和膜包衣尿素(42%N)緩、控釋肥料減氮施用試驗,通過比較不同處理的稻田氮流失、水稻產(chǎn)量和肥料利用效應(yīng),以期篩選出適合沿洞庭湖區(qū)雙季稻施用的高效氮肥品種,并構(gòu)建其高產(chǎn)高效養(yǎng)分管理技術(shù)。1材料和方法1.1雙季稻生產(chǎn)區(qū)試驗設(shè)在岳陽縣麻塘鎮(zhèn),岳陽市農(nóng)科所科研試驗場內(nèi),離東洞庭湖大堤2~3km范圍內(nèi),屬典型的雙季稻生產(chǎn)區(qū),土壤母質(zhì)為紅底潮土。土壤基本理化性狀為pH5.8、有機質(zhì)28.20g/kg、全氮1.98g/kg、堿解氮255.0mg/kg、有效磷10.0mg/kg、速效鉀111.0mg/kg。1.2試驗設(shè)計與施用量試驗共設(shè)6個處理:1)對照(CK),不施肥;2)尿素常規(guī)(Urea),早晚稻施用量分別為150kg/hm2和180kg/hm2,按常規(guī)基-蘗(80:20)施入;3)等N量復(fù)混肥(Com1),N總用量同處理2,80%N量為復(fù)混肥作基肥,20%N為尿素作追施;4)減N20%復(fù)混肥(Com2),早、晚稻N總用量分別為120kg/hm2和144kg/hm2,80%N為復(fù)混肥作基肥,20%N為尿素作追肥;5)膜包衣尿素(MCU),早、晚稻N總用量分別為105kg/hm2和126kg/hm2,一次性基施;6)硫包衣尿素(SCU),早、晚稻N總用量分別為105kg/hm2和126kg/hm2,80%N為硫包衣尿素基施,20%N尿素作分蘗追肥。所有處理磷(P2O5)用量早稻為90kg/hm2、晚稻為75kg/hm2;鉀肥為氯化鉀,施用量早稻N:K2O=1:0.8,晚稻N:K2O=1:1.1。膜包衣尿素(42%N)、復(fù)混肥(早稻20-10-10,晚稻12-4-9)為湖南興湘復(fù)混肥料廠生產(chǎn);硫包衣尿素(37%N)為漢楓公司生產(chǎn);其中膜包衣尿素的釋放時間約為70d,硫包衣尿素的釋放時間約為50d;基肥于移栽前翻耕時施入、追肥于插秧7d后施入。試驗設(shè)3次重復(fù),隨機區(qū)組排列,共18個小區(qū),每小區(qū)面積20m2。田埂四周用PVC板隔斷(田面下20cm+田面上25cm),每次灌溉水保持3cm水深,每次降雨時蓄水,降雨事件后迅速采集小區(qū)內(nèi)的水樣,作為徑流排水,然后按設(shè)定的蓄水高度(6cm)測定排水量并排水。試驗采用稻-稻-閑種植制度,2008~2009年連續(xù)監(jiān)測雙季稻期間每次降雨徑流的水量和氮素濃度。1.3水稻與耕作栽植供試水稻品種為當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣的水稻品種,早稻為鄂早1號,4月22日播種,4月29日移栽,7月10日收割;晚稻為岳優(yōu)9113,7月21日移栽,10月29日收割。耕作按當(dāng)?shù)刂饕姆绞?移栽采用軟盤育秧并固定每小區(qū)的秧苗數(shù)進行擺栽。灌溉按常規(guī)采用分蘗峰期和蠟熟期曬田,病蟲害防治與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)保持一致。1.4樣品的采集和測定徑流水樣于每次降雨后采集,于每小區(qū)用小瓢5點取樣、混合,共1000ml,分裝于2個塑料瓶,然后迅速冷藏(5℃以下)保存,送化驗室分析測定。試驗前采集基礎(chǔ)土壤,水稻籽粒及稻草樣品于每季作物收獲時采集,按小區(qū)實際產(chǎn)量測產(chǎn)。在實驗小區(qū)附近安裝雨量計1個,記錄每次降雨事件后的降雨量。植株和土壤中養(yǎng)分含量采用常規(guī)分析方法。徑流水中NH4+-N和NO3--N用0.25um膜過濾后,FOSS流動注射儀測定;徑流水中TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度計測定(GB1l894-89)。1.5化肥利用率及生物學(xué)利用試驗數(shù)據(jù)采用Excel2003、DPS301軟件進行統(tǒng)計分析。氮素利用效率指標:根據(jù)實際產(chǎn)量及收獲時植株吸收氮素量等計算氮肥利用率、氮肥生理利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力。氮肥利用率(REN)=(施氮區(qū)植株地上部氮積累量-無氮區(qū)植株地上部氮積累量)/施氮量×100,即肥料養(yǎng)分回收率。氮肥農(nóng)學(xué)利用率(AEN)=(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量-無氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)/施氮量,是指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量。氮肥生理利用率(PEN)=(施氮區(qū)稻谷產(chǎn)量-無氮區(qū)稻谷產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株地上部氮積累量-無氮區(qū)植株地上部氮積累量),是指作物地上部每吸收單位肥料中的氮所獲得的籽粒產(chǎn)量的增加量。氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量,是指單位投入的肥料氮所能產(chǎn)生的作物籽粒產(chǎn)量。2結(jié)果與分析2.1不同肥源對膜面包尿素穩(wěn)定性的影響統(tǒng)計2008~2009年雙季稻期間不同處理徑流產(chǎn)生的NH4+-N、NO3--N、TN損失量平均值(表1)表明,不同肥源處理的TN損失以施用尿素最高,比不施肥對照增加了90.9%(P<0.05)。與尿素處理相比,施等N量的復(fù)混肥料(Com1)的TN徑流損失僅略下降,但減N20%的復(fù)混肥料處理的TN流失降低22.3%(P>0.05),減N30%的膜包衣尿素降低了26.3%(P>0.05),減N30%的硫包衣尿素降低了20.8%(P>0.05)。可見,不同肥源減N處理均能有效降低N素徑流損失,其中以減N30%的膜包衣尿素效果最好。徑流損失的N形態(tài)中,不同肥源施用的NO3--N損失與對照無顯著差別,說明雙季稻田長期處在還原環(huán)境,徑流水中NO3--N主要來自雨水。而NH4+-N的流失表現(xiàn)為減N30%的膜包衣尿素處理、減N30%的硫包衣尿素處理與不施肥對照基本相近,比復(fù)混肥不減氮處理降低50.2%(P<0.01)、44.6%(P<0.01);較尿素處理降低34.1%(P<0.05)、26.6%(P<0.05);復(fù)混肥不減氮處理NH4+-N的流失最高,可能是由于復(fù)合肥配比采用磷酸一氫銨等銨態(tài)氮的緣故,其NH4+-N流失量比施用尿素增加32.5%(P<0.05),比不施肥對照增加82.2%(P<0.01);但減N20%的復(fù)混肥處理的NH4+-N流失較復(fù)混肥處理降低14.4%(P<0.05),卻顯著高于2個緩控釋肥處理。TN減銨態(tài)氮和硝態(tài)氮為水溶性非無機氮(包括顆粒吸附態(tài)和有機態(tài)氮),結(jié)果表明,稻田N素徑流損失形態(tài)主要為水溶性非無機氮,占總氮損失的81.2~88.3%,各施肥處理的水溶性非無機氮比不施肥對照增加47.4~107.6%,以尿素處理最高,減N30%的膜包衣尿素處理最小,僅為尿素處理的71.0%;減N30%的硫包衣尿素處理及減N20%的復(fù)混肥料處理的水溶性非無機氮徑流損失分別占尿素處理的78.6%和74.0%。2.2不同施肥處理的稻蝦產(chǎn)量差異2年各處理的平均產(chǎn)量大小順序表現(xiàn)為,早稻:Urea>Com1>SCU>Com2>MCU>CK,不同施肥較對照提高了97.6%~111.6%(P<0.01);晚稻為SCU>Com2>Com1>Urea>MCU>CK,不同施肥的晚稻產(chǎn)量較對照提高了33.6%~38.6%(P<0.01)。減N30%的膜包衣尿素處理的雙季稻產(chǎn)量較常規(guī)尿素處理和復(fù)混肥處理略有降低,但施肥處理之間雙季稻的產(chǎn)量沒有達到顯著水平;由此可見,緩、控釋氮肥雖然其氮用量大幅減少,但其產(chǎn)量并沒有因為氮用量的減少而明顯減少;相反,膜包衣尿素減氮處理的稻草生物量還有明顯增加,其早稻的稻草生物量較常規(guī)尿素處理、復(fù)混肥處理分別增加了17.1%(P<0.05)、24.3%(P<0.01);其晚稻的稻草生物量較常規(guī)尿素處理、復(fù)混肥處理分別增加了23.9%(P<0.01)、30.9%(P<0.01)。2.3復(fù)混肥料對養(yǎng)分吸收n量的影響統(tǒng)計不同肥源處理的雙季稻植株和籽粒吸收N總量(表2)表明,吸N量順序為MCU>SCU>Urea>Com1>Com2>CK。與CK相比,施肥對雙季稻氮的吸收均有極顯著促進作用,其增加幅度為83.3%~101.9%;等量N尿素處理、等量N復(fù)混肥處理和減N20%的復(fù)混肥料處理植株吸收N量未達顯著水平;與尿素處理相比,減N30%的膜包衣尿素處理氮的吸收量提高了5.5%(P>0.05),減N30%的硫包衣尿素處理氮的吸收量提高了4.4%(P>0.05);減N30%的膜包衣尿素處理及減N30%的硫包衣尿素處理氮的吸收量都顯著的高于復(fù)混肥處理,其增加量分別為9.3%(P<0.05)、8.2%(P<0.05)。這是由于緩、控釋氮肥養(yǎng)分釋放緩慢,能長時間的供給作物養(yǎng)分,故其氮的吸收量明顯增加。2.4對試驗處理對化肥利用率的影響進一步以不施肥為對照計算各施肥處理的氮肥效率(表3),從表中可以看出不同肥源減氮處理在氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率都較未減氮處理高。與尿素處理相比,氮肥農(nóng)學(xué)效率的提高幅度早稻為12.4%~35.8%,晚稻為27.4%~56.6%;氮肥偏生產(chǎn)力提高幅度早稻為18.4%~39.1%,晚稻為25.7%~46.5%,處理間均以SCU處理最高,MCU處理次之,這可能與緩、控釋氮肥能夠增加作物體內(nèi)氮代謝關(guān)鍵酶的活性有關(guān);各處理間氮肥利用率順序為:早稻為MCU>SCU>Urea>Com2>Com1,晚稻為MCU>SCU>Com2>Com1>Urea,MCU處理較Urea、Com1處理早稻分別提高了15.6%和23.5%,晚稻分別提高了21.1%和19.2%;SCU處理較Urea、Com1處理早稻氮利用率分別提高了15.6%和23.0%,晚稻分別提高了19.7%和17.7%。各施肥處理的氮肥效率早稻均高于晚稻,這主要是由于晚稻期間氣溫較高,土壤氮素礦化加快,促進了不施肥處理的水稻對氮的吸收,從而提高了對照的水稻產(chǎn)量,導(dǎo)致各施肥處理的氮素利用效率相對較低。3結(jié)論和討論3.1增施肥水處理的施用水流失量洞庭湖區(qū)雙季稻田施用緩、控釋氮肥并減氮30%,其水溶性非無機氮徑流損失比常規(guī)尿素處理分別減少21.4%、29.0%,NH4+-N的流失量分別減少26.6%、34.1%,顯著低于常規(guī)施肥處理,總氮徑流損失分別減少20.8%、26.3%;與常規(guī)施肥處理相比,減氮處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率都有不同程度的提高;緩、控釋氮肥減氮30%后,其增產(chǎn)效果不明顯,甚至還有下降的趨勢。因此,緩、控釋氮肥減量施用還需要以大田試驗為基礎(chǔ),找出其合理的施用量、施用方法、釋放時間等因素,以達到節(jié)本增收的目的。3.2膜包量與化肥處理的經(jīng)濟效益氮素的徑流損失是影響肥料利用率的主要原因之一,其造成的氮素流失、地表水體氮素富集、反硝化作用、氨揮發(fā)引起的溫室氣體排放等環(huán)境污染問題日益成為全球社會、經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。因此,如何提高肥料利用率,減少養(yǎng)分流失及養(yǎng)分流失對環(huán)境的污染成為當(dāng)今社會共同關(guān)注的焦點。土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,既是作物可直接吸收的速效氨,又是氮素損失的共同源。土壤中適量速效氮的存在是必要的,但過量存在將增加氮素的損失。因此,避免其在土壤中的過量存在,應(yīng)是氮肥有效施用的重要原則之一。常規(guī)尿素及復(fù)混肥料為速溶性肥料,施入土壤后養(yǎng)分釋放迅速,導(dǎo)致土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度迅速增大,因而其流失量也明顯增加;同時,土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度過高,容易被土壤膠體顆粒吸附固定,而土壤膠體的粒徑較小,容易流失,所以速溶性氮肥的顆粒吸附態(tài)及有機態(tài)氮的流失也相當(dāng)明顯。而緩、控釋氮肥的養(yǎng)分包裹在高分子膜內(nèi),其養(yǎng)分釋放緩慢且與作物需求同步,施用后銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度增加相對緩慢,因而能明顯減少銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的流失;此外,緩、控釋氮肥能減少肥料養(yǎng)分與土壤接觸,減少因土壤化學(xué)、物理或生物作用對養(yǎng)分的固定或分解,且肥料顆粒較大,不易隨水流失,因此其顆粒吸附態(tài)及有機態(tài)氮的流失也較小。減少氮肥的施用量能從源頭上降低施入土壤中的氮素濃度,減少氮的徑流損失。從本試驗來看,減N30%的膜包衣尿素處理對減少氮素流失效果最好。肥料利用率是反映作物、土壤、肥料之間關(guān)系的動態(tài)參數(shù),也是用來檢驗施肥量與施肥方法是否科學(xué)合理的指標。影響肥料利用效率的因素很多,主要有肥料種類、施肥方法、施肥數(shù)量、作物品種、土壤背景氮、田間管理等因素。據(jù)報道,氮肥利用率隨施肥量的增加而降低;土壤背景氮越大,氮肥利用率越低;水稻品種不同,對氮素吸收及其體內(nèi)分布表現(xiàn)出基因型差異,氮肥回收效率尤其是生理效率差異顯著;水稻中期曬田,土壤氮素損失加劇,水稻植株吸氮量也受影響,氮肥回收效率下降。在本試驗條件下,緩、控釋肥料處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率均較常規(guī)尿素處理和復(fù)混肥處理有不同程度的提高,這是由于緩、控釋肥